有關(guān)GMS支持下城市地下空間三維工程地質(zhì)地層建模的研究

何雙鳳，于 群，韓冬冰，方 巖，欒 嵐，劉琳娜

吉林省地質(zhì)工程勘察院，吉林 長春 130012

隨著三維可視化技術(shù)的發(fā)展與運用，其中包含多種輔助軟件，GMS就是其一，GMS即地下水模型系統(tǒng)，是一種綜合性的用于地下水模擬的圖形處理軟件，該軟件的操作界面良好，處理功能強大，具有完美的三維可視化效果，目前在國際上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。

1 GMS軟件簡介

該軟件是集各類軟件功能于一體，可以從鉆孔到底層結(jié)構(gòu)、從單元到系統(tǒng)、從平面到空間的系統(tǒng)性、綜合性、全面性的軟件。主要功能是對地下水溶質(zhì)移動及地下水流進行模擬，在三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化方面的效果同樣顯著。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面∶

（1）水文地質(zhì)概念模型的建立。在進行地下水數(shù)值模擬時，一般分為建立水文地質(zhì)概念模型、數(shù)學模型、求解數(shù)學模型及模型識別和預(yù)報等幾個關(guān)鍵步驟。這其中最為關(guān)鍵的步驟就是水文地質(zhì)概念模型的建立，這是其它模型建立的基礎(chǔ)，是模擬的前提。采用GMS軟件建立概念模型時，是基于一種概念化的方式，先采用特整體對模型的邊界及不同的參數(shù)區(qū)域進行表示，然后生成網(wǎng)格，最后在網(wǎng)格上將各個特整體轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的單元和位置，由于該方法較為繁瑣，因此一般只對一些簡單的模型創(chuàng)建中使用。而概念化的方法是對實體直接進行編輯，可以以文件的形式進行處理的數(shù)據(jù)。在這種方法基礎(chǔ)上建立的水文地質(zhì)概念模型采用不同多邊形對不同參數(shù)區(qū)域進行表示，在最后的參數(shù)擬合中，可直接對多邊形進行操作。

（2）處理功能強大。GMS軟件在前處理中采用MODFLOW模塊對數(shù)據(jù)進行輸入并保存，這樣可以快捷的進行模塊的調(diào)用，實現(xiàn)可視化輸入。在后處理過程中，實現(xiàn)對計算結(jié)果的可視化。

（3）版本更新速度快。版本的更新速度決定了其功能的更加完善，在諸多地下水模擬軟件中，GMS軟件的更新速度更快，通過版本的升級，使得應(yīng)用程序及模塊不斷的升級和完善，使得處理的功能更加的強大。

2 城市地下空間三維地質(zhì)建模

2.1 收集城市信息資料

以白城市為例，整個項目總面積達到1 000多平方公里，工作內(nèi)容主要包括根據(jù)各類鉆孔通過三維空間分析軟件，建立起三維第四系層序底層模型，選擇GMS軟件。此次工作主要收集各種地質(zhì)報告及地質(zhì)圖、鉆孔柱狀圖、剖面圖等信息。由于該市以往已經(jīng)在地質(zhì)調(diào)查及評價方面積累大量資料，對這部分資料進行核查發(fā)現(xiàn)存在一些問題。首先，地形復(fù)雜，工作面積大，部分資料只能粗略對地表進行描述；其次，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜地區(qū)，缺少鉆孔資料，需要對現(xiàn)有資料進行調(diào)整，在原有資料基礎(chǔ)上加入高程點數(shù)據(jù)，滿足精度的要求；可以虛擬鉆孔，解決鉆孔不足的問題；對鉆孔數(shù)據(jù)進行補充和修正。最后調(diào)整整理后的資料，建立文件，以備GMS軟件的錄入使用。

2.2 三維地質(zhì)模型構(gòu)建

基于GMS軟件基礎(chǔ)進行建模時，首先要將地理地圖倒入軟件中進行定位，也就是建立坐標系。然后根據(jù)定位好的地理底圖，繪制邊界，然后把整理好的數(shù)據(jù)資料導(dǎo)入到GMS軟件中的Borehole模塊中，從而形成鉆孔數(shù)據(jù)，如圖1所示：

接著在鉆孔平面顯示模塊中進行操作，選擇Horizons-＞Solid命令，利用數(shù)據(jù)自動或手動生成地質(zhì)體，建立其地址結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示，Solid則為水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊。

從建立的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型可以看出，其主要具備以下幾個特點：第一，對其中任意一層的地層可以展開來看；第二，對任意高程底層分布可以觀察到；第三，可以任意查看垂直部位的剖面圖；第四，對任意水平位置剖面可以查看；第五，對底層的分布可以組合或分解進行展現(xiàn)。該模型具有剖面切割隨意化、空間結(jié)構(gòu)可視化、準確真實的特點，此外，根據(jù)其切割剖面還可以建立起立體剖面結(jié)構(gòu)圖。

圖1 鉆孔平面顯示圖Fig.1 Drilling plane display

圖2 三維底層顯示圖Fig.2 3D bottom display

3 結(jié)束語

水文地質(zhì)底層模型的建立，彌補可以往的城市建設(shè)、規(guī)劃中的不足，對一些沒有發(fā)揮作用的勘察資料而言，屬于重新開發(fā)利用。對這些資料的利用，降低了勘察所需要的經(jīng)費，也是對城市地質(zhì)整體規(guī)律及趨勢的預(yù)測。本文所研究的白城市建立地下土層三維可視化模型，為信息技術(shù)的利用提供了便捷，降低了技術(shù)人員的勞動量，提高了其工作的效率。

[1] 賀國平,張 彤,趙月芬,等.GMS數(shù)值建模方法研究綜述[J].地下水.2007(3).

[2] 黃新迎.GMS軟件在三維地質(zhì)建模的測量應(yīng)用[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理.2011(4).

[3] 杜 超,肖長來,王益良,等.GMS在雙城市城區(qū)地下水資源評價中的應(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2009(6).

[4] 黃靜莉,王 清.基于GMS的城市地下空間三維工程地質(zhì)地層建模[J].長春工程學院學報（自然科學版），2012，3(1).